项目一电化学分析法省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、项目一 电化学法第1页Contents电化学分析概述电化学分析概述1电位分析法理论依据电位分析法理论依据2参比电极参比电极3指示电极指示电极4pH测定测定5第2页任务一 认识电位分析法第3页一、电化学分析概述v利用物质电学及电化学性质来进行分析方法称为利用物质电学及电化学性质来进行分析方法称为电化学分析法。(使待分析试样溶液组成一化学电化学分析法。(使待分析试样溶液组成一化学电池,依据化学电池一些物理量与化学量之间内电池,依据化学电池一些物理量与化学量之间内在联络来进行定性和定量分析。)在联络来进行定性和定量分析。)电位分析法、库仑分析法、极谱分析法、电导电位分析法、库仑分析法、极谱分析法、电
2、导分析法等分析法等第4页v1.化学电池化学电池实现化学能和电能相互转化装置。实现化学能和电能相互转化装置。原电池:能自发地将电池中进行化学反应能原电池:能自发地将电池中进行化学反应能转转变成电能。变成电能。电解池:将电能转化为化学能装置。电解池:将电能转化为化学能装置。第5页以以Cu-Zn为例:为例:负极负极Zn-2eZn2+正极正极Cu2+2eCu电池反应电池反应Zn+Cu2+Zn2+Cu(1)原电池组成及产生电流原理)原电池组成及产生电流原理第6页v(2)原电池表示方法)原电池表示方法vIUPAC要求:要求:)用)用“”代表代表盐桥盐桥;)负极写左,正极写右;)负极写左,正极写右;)用)用
3、“”表示相界面,同一相中不一样物质表示相界面,同一相中不一样物质之间用之间用“,”隔开;隔开;)标明物态()标明物态(s、l、g)和组成(浓度)和组成(浓度C、压力、压力P)。)。按上述要求按上述要求Cu-Zn电池可表示为电池可表示为Zn(s)ZnSO4(a1)CuSO4(a2)Cu(s)第7页v半电池:一个电池由两个电极及夹于其间电解质半电池:一个电池由两个电极及夹于其间电解质组成。这两个相对独立电极组成。这两个相对独立电极(包含金属部分及其紧包含金属部分及其紧邻电解质部分邻电解质部分)可看成电池二分之一,故称半电池。可看成电池二分之一,故称半电池。第8页v2.电极电位和电动势电极电位和电动
4、势v电极电位:电极和溶液之间电位差。电极电位:电极和溶液之间电位差。v(1)标准电极电位)标准电极电位组成电极氧化态(组成电极氧化态(Ox)和还原态()和还原态(Red)活度均为)活度均为1时电极电位(用时电极电位(用Eo表示)表示)第9页v(2)电极电位)电极电位 IUPAC要求,要求,任何电极与标准氢电极组成原电池任何电极与标准氢电极组成原电池所测得电动势作为该电极电极电位。所测得电动势作为该电极电极电位。v(3)电动势:当电池没有电流经过时两极之间)电动势:当电池没有电流经过时两极之间电位差(用电位差(用E表示,表示,E=E正正-E负负)第10页v3.电位分析法定义及分类电位分析法定义及
5、分类v电位分析法是利用电极电位与化学电池电解质溶电位分析法是利用电极电位与化学电池电解质溶液中待测组分浓度对应关系,而实现定量测定电液中待测组分浓度对应关系,而实现定量测定电化学分析方法。化学分析方法。v条件:在零电流条件下测定原电池电动势来进行条件:在零电流条件下测定原电池电动势来进行定量分析。定量分析。第11页v(1)直接电位法(电位测定法):是将电极插入)直接电位法(电位测定法):是将电极插入被测液中组成原电池,依据原电池电动势与被测被测液中组成原电池,依据原电池电动势与被测离子活度间函数关系(能斯特方程式)直接测定离子活度间函数关系(能斯特方程式)直接测定离子活度方法。离子活度方法。v
6、(2)电位滴定法:是借助测量滴定过程中电池电)电位滴定法:是借助测量滴定过程中电池电动势突变来确定滴定终点,再依据反应计量关系动势突变来确定滴定终点,再依据反应计量关系进行定量方法。进行定量方法。第12页二、电位分析法理论依据v能斯特方程式能斯特方程式电极电位与被测离子活度关系。电极电位与被测离子活度关系。对于任意给定电极,若电极反应为对于任意给定电极,若电极反应为Ox+neRed则电极电位为:则电极电位为:E标准电极电位标准电极电位R摩尔气体常数摩尔气体常数n电子转移数电子转移数T绝对温度绝对温度F法拉第常数法拉第常数aOx氧化态活度氧化态活度aRed还原态活度还原态活度第13页v对于金属电
7、极(还原态为金属,活度定为对于金属电极(还原态为金属,活度定为1):):第14页v单个电极绝对电极电位无法直接测定。为了求出单个电极绝对电极电位无法直接测定。为了求出绝对电极电位,将一个电极(电极电位随待测离绝对电极电位,将一个电极(电极电位随待测离子活度而发生改变子活度而发生改变指示电极)与另一个电极指示电极)与另一个电极(电极电位已知且恒定(电极电位已知且恒定参比电极)组成原电参比电极)组成原电池,经过测量电池电动势,得到该电极绝对电位。池,经过测量电池电动势,得到该电极绝对电位。第15页(-)M Mn+参比电极(参比电极(+)E=E参比参比-E指示指示=E参比参比-=K第16页三、参比电
8、极vP,T恒定时,在测量过程中,其电极电位不随待恒定时,在测量过程中,其电极电位不随待测离子活度改变电极。测离子活度改变电极。v对参比电极要求:对参比电极要求:(1)电极电位已知,恒定;电极电位已知,恒定;(2)有微小电流经过时,电极电位仍保持不变;有微小电流经过时,电极电位仍保持不变;(3)轻易制作、寿命长;轻易制作、寿命长;v电位分析法中最惯用参比电极是甘汞电极和银电位分析法中最惯用参比电极是甘汞电极和银-氯氯化银电极。化银电极。第17页v(1)甘汞电极)甘汞电极v结构:结构:Hg|Hg2Cl2|Cl-第18页v电极电位:电极电位:v半电池:半电池:Hg,Hg2Cl2(s)|KClv电极反
9、应电极反应v电极电位:依据能斯特方程式,电极电位:依据能斯特方程式,25时电极电时电极电位为:位为:第19页v种类种类v甘汞电极按甘汞电极按KCl溶液浓度不一样有三种溶液浓度不一样有三种项目项目甘汞电极甘汞电极0.1mol/L标准甘汞电极标准甘汞电极(NCE)饱和甘汞电极饱和甘汞电极(SCE)KCl浓浓(mol/L)0.11.0饱和溶液饱和溶液电极电电极电(V)+0.3365+0.2828+0.2444第20页v(2)银)银-氯化银电氯化银电极极v结构结构v银银-氯化银电极是将氯化银电极是将金属银丝表面镀上金属银丝表面镀上一层一层AgCl沉淀,再沉淀,再浸入一定浓度浸入一定浓度KCl溶液中组成
10、。溶液中组成。vAg|AgCl|Cl-图图2-4 2-4 银银-氢化银电极氢化银电极第21页v电极电位电极电位v半电池:半电池:Ag,AgCl(s)|KClv电极反应:电极反应:v电极电位为:电极电位为:第22页v种类:种类:项目项目0.1mol/L银银-氯化银电氯化银电极极标准银标准银-氯化氯化银电极银电极饱和银饱和银-氯化氯化银电极银电极KCl浓度浓度(mol/L)0.11.0饱和溶液饱和溶液电极电位电极电位(V)+0.2880+0.2223+0.第23页四、指示电极v温度一定时,在测量过程中其电极电位随溶液中温度一定时,在测量过程中其电极电位随溶液中待测离子活度改变而改变电极。待测离子活
11、度改变而改变电极。金属基电极:是最早使用一类电极,其共同特金属基电极:是最早使用一类电极,其共同特点是电极电位产生与氧化还原反应即与电子转点是电极电位产生与氧化还原反应即与电子转移相关。因有金属参加,故称金属基电极。移相关。因有金属参加,故称金属基电极。离子选择性电极离子选择性电极第24页v离子选择电极(膜电极):是指对某种特定离子离子选择电极(膜电极):是指对某种特定离子含有一定选择性响应电极,它是以电位法测量溶含有一定选择性响应电极,它是以电位法测量溶液中某一个离子浓度指示电极。液中某一个离子浓度指示电极。v特点:仅对溶液中特定离子有选择性响应。特点:仅对溶液中特定离子有选择性响应。第25
12、页v1.离子选择性电极基本离子选择性电极基本结构和膜电位结构和膜电位v(1)结构)结构1)敏感膜)敏感膜2)内参比溶液)内参比溶液3)内参比电极)内参比电极 4)电极管)电极管第26页v(2)膜电位)膜电位v膜电位:膜内外被测离子活度不一样而产生电位膜电位:膜内外被测离子活度不一样而产生电位差。差。v将离子选择性电极、参比电极和被测溶液组成原将离子选择性电极、参比电极和被测溶液组成原电池,则电池结构为电池,则电池结构为:v内参比电极内参比电极 内充溶液内充溶液(ai一定一定)被测溶液被测溶液(ai未知未知)外参比电极外参比电极指示电极指示电极敏感膜敏感膜待测溶液待测溶液参比电极参比电极第27页
13、v(3)离子选择性电极性能参数)离子选择性电极性能参数v1)选择性系数)选择性系数vKi,j为为j离子对离子对i离子选择性系数,离子选择性系数,Ki,j值越小,表明值越小,表明电极选择性越高,即电极选择性越高,即j离子干扰小。离子干扰小。i为某离子选为某离子选择性电极欲测离子,择性电极欲测离子,j为与为与i共存干扰离子,共存干扰离子,ni与与nj分别为两种离子电荷。分别为两种离子电荷。第28页v借助选择性系数,能够估算某种干扰离子对测定借助选择性系数,能够估算某种干扰离子对测定造成误差:造成误差:v例例1:用钠玻璃膜电极(:用钠玻璃膜电极(KNa+,K+=0.001)测定)测定 aNa+=10
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